外壳注射模设计论文

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1 塑件工艺分析

1.1 塑件分析

如图1所示是订书机外壳，从该塑件的外观可以看出为了要使此塑件的外观光滑，对模具型腔的要求是达到镜面光洁度。可以利用弯销来实现侧抽芯。塑件尺寸比较小，但是有较多的内部弯曲的加强肋，考虑到该塑件注射时要有一定的流动性。从其中的浇口痕迹看，只有一个浇口位置，处于塑件中部。一端有两个圆柱孔、两个半圆柱也及圆柱孔旁边的浅孔，这些可以通过外侧抽芯来实现。而内部的凸台可以通过滑块实现内侧抽芯实现成型。订书机外壳在使用过程中要承受一定的力量，所以塑料应该有足够的刚度、强度、硬度以及抗冲击性等因素，所以选择聚丙烯（PP）做为该订书机外壳的材料 。

型腔使用EDM进行最后的精加工，EDM加工时要请注意选择合适的加工工艺，如应用较小的加工电流，保证加工表面粗糙度值较小以方便后续的抛光处理。如果放电加工工艺选择不当，则可能 造成放电白层，抛光时可能没有将该层抛除，就会影响模具的质量。

1.2塑料材料的成型特性分析

性能特点：化学稳定性好，耐寒性差，光、氧作用下易降解，机械性能比聚乙烯好。

成型特点：成型时收缩大成型性能好，易变形翘曲，尺寸稳定性好，柔软性好。有“铰链”特性。该订书机外壳需要与上盖进行配合，所以对其尺寸稳定性也有要求，而选用聚丙稀能达到此要求。

模具设计的注意事项：因有“铰链”特性，注意浇口位置设计；防缩孔，变形；收缩率为1.0％～3.0％(纯聚丙稀)。在本设计中选用的收缩率为2％。

使用温度：10℃～120℃，订书机都是在常温下使用，满足使用温度的要求。

主要用途：板、片、透明薄膜、绳、绝缘零件、汽车零件、阀门配件、日用品等。订书机属于日用品。

1.3 脱模斜度

由于制品冷却后产生收缩时会紧紧包在凸模上，或由于黏附作用而紧贴在型腔内。为了便于脱模，防止制品表面在脱模时划伤、擦毛等，在制品设计时应考虑其表面在合理的脱模斜度。聚丙烯的脱模斜度是25＇～1º之间。本设计中的脱模斜度采用1º 。

1.4 拟定模具的结构型式

1.4.1 型腔数量的确定：该塑件精度要求一般，生产批量比较大，可以采用一模多腔的形式。根据经验，在模具中每增加一个型腔，制品尺寸精度要降低4％；再加上考虑到经济因素，初定为一模二腔的模具形式。

1.4.2模腔排列形式的确定： 该塑件有侧孔，要使它能顺利的脱模，须设计一套侧抽芯机构，为了不影响脱模等原因，多模腔的排列形式用对称形。

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图1-1塑件外观图 表１-1 聚丙烯的力学性能

材料性能 屈服强度/MPa 拉伸强度/MPa 断裂伸长率/% 弯曲强度/MPa 弯曲弹性模量/GPa

简支梁冲击强度(无缺口)/(kJ/m²) 简支梁冲击强度(缺口)/(kJ/m²)

布氏硬度HBS

纯聚丙烯

37 — ＞200 67 1.45 78 3.5～4.8 8.65

78～90

— 132 4.5 51 14.1 9.1

玻纤增强聚丙烯

78～90

表1-2 聚丙烯的热性能及电性能

材料性能 收缩率 熔点(粘流温度)/℃ 热变形温度/℃

45N/㎝² 180/㎝²

线膨胀系数/(10/℃)

-５

纯聚丙烯 1.0～3.0 170～176

102～115 56～67 9.8

玻纤增强聚丙烯 0.4～0.8 170～180

127 127 4.9

3

续表2

比热容/[J/(㎏·K)] 热导率/[W/(m·K)] 燃烧性/(㎝/min) 体积电阻/Ω·㎝ 击穿电压/(kV/㎜)

1930 0.118 慢 ＞10 30

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— — — — —

表1-３ 聚丙烯的物理性能

材料性能 密度/(g/㎝³) 比体积/(㎝²/g) 吸水性/%(24小时)

长时间 透明度或透光度

纯聚丙烯 0.90～0.91 1.10～1.11 0.01～0.03 浸水18d0.5 半透明

玻纤增强聚丙烯

— — 0.05 — —

表1-4 聚丙烯的工艺参数

材料性能 成型收缩率/% 拉伸模量E/*10³MPa

泊松比μ 与刚的摩擦因数ƒ

纯聚丙烯 1.0～3.0 1.6～1.7 0.43 0.49～0.51

玻纤增强聚丙烯

0.4～0.8 3.1～6.2 — —

1.5 注射机型号的确定

1.5.1注射量的计算：根据PRO/E建模得到塑件的质量为m= 2.94克，密度由表可查得ρ=0.9～0.91 g/㎝³ 所以塑件的体积可以得出本课题的塑件体积为：

vM2.94479583.27cm3 p0.9 而流道凝料的质量m1未知，在此按m的0.6倍来计算。总注射量是：

M＝nmm1nm0.6nm1.6nm 1.622.9410.4g

1.5.2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需要的锁模力计算

流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积a，在模具设计前是个未知数，根据多型腔模的统 计分析，大致是每个塑件在分型面上的投影a的0.2～0.5倍,因此总的投影面积可计算为：

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A=na＋(0.2～0.5)na

2式中 a——长方型的面积： 12242 ＝5124mm s——此设计中取0.3 所以：

A251240.3251243.251248188.4

从而得到锁模力：

FAP 8188.430245.9KN

式中型腔压力P取30MPa。

1.5.3选择注射机：根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算值，可选用 SZ-100/600立式注射机，如下表所列：

表1-5 注射机主要技术参数

理论注射量/㎝³ 螺杆（柱塞）直径/㎜ 注射压力/MPa 注射速率/(g/s) 塑化能力/(g/s) 螺杆转速/(r/min)

锁模力/kN 拉杆内间距/㎜ 移模行程/㎜ 最大模具厚度/㎜ 喷嘴口直径/㎜ 定位孔直径/㎜ 喷嘴球半径/㎜

75，105 35 150 60 7.3 14~200 600 440×340 260 340 4 φ125 12

1.6 注射机有关参数的校核 1.6.1 锁模力的校核

锁模力为注射机锁模装置用于夹紧模具所须施加的最大夹紧力。当高压的塑料熔体充填模腔时，会沿锁模方向产生一个很大的胀型力。所选注射机的锁模力必须大于由于高压熔体注入模腔而产生的胀型力，此胀型力等于塑件和流道系统在分型面上的投影面积与型腔压力的乘积。

FPA1000 即：

式中F——锁模力，kN

p——型腔压力，MPa

A——塑件及流道系统在分型面上的投影面积，㎜²

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已知型腔压力为30MPa；浇注系统的投影面积为1倍的塑件投影面积；塑件及流道系统在分型面上的投影面积为：

Aban0.6nba

式中ba——流道系统在分型面上的投影面积，㎜² n——模腔数

由于在选择珠注射机的时候就已经计算了锁模力，因此它的锁模力是符合要求的。

1.6.2 型腔数目的校核

由注射机料筒塑化速率校核模具的型腔数

n(KMt3600-m`)m(0.85.63600253600-0.623.27)3.27332

所以型腔数合格。

式中 K——注射机最大注射量的利用系数：一般取0.8 M——注射机的额定塑化量 T——成型周期，取25秒 1.6.3 开模行程的校核

开模取出塑件所需的开模距离必须小于注塑机的最大开模行程。对于液压-机械式锁模机构注塑机，其最大开模行程由注塑机曲肘机构的最大行程决定，与模具厚度无关。

单分型面注射模，其开模行程按下式校核

SH1H2(5～10)

式中 S——注塑机的最大开模行程(移动模板台面行程)，㎜ H1——塑件脱出距离，㎜

H2——包括流道凝料在内的塑件高度，㎜

已知H1=34mm；H2=mm 所以

H1+H2+(5～10)= +34++(5～10)≤98㎜

又由于SZ-100/600立式注塑机的移模行程为260mm

98mm<260mm

所以开模行程也符合要求。

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2 浇注系统的设计

所谓注射模的浇注系统是指从主流道的始端到型腔之间的熔体流动通道。其作用是使塑料平稳而有序地充填到型腔中，以获得组织致密、外行轮廓清晰的塑件。因此，浇注系统十分重要。浇注系统一般可分普通浇注系统和无流道浇注系统两类。本设计采用普通的浇注系统，它一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成。

浇注系统设计原则：

1. 结合型腔布置考虑，尽可能采用平衡式分流道布置； 2. 尽量缩短熔体的流程，以便降低压力损失、缩短充模时间；

3. 浇口尺寸、位置和数量的选择十分关键，应有利于熔体流动、避免产生湍流、涡流、喷射和

蛇形流动，并有利于排气和补缩；

4. 避免高压熔体对模具型芯和嵌件产生冲击，防止变形和位移的产生； 5. 浇注系统凝料脱出应方便可靠，凝料应易于和制品分离或者易于切除和整修；

6. 熔接痕部位与浇口尺寸、数量及位置有直接关系，设计浇注系统时要预先考虑到熔接痕的部

位、形态，以及对制品质量的影响；

7. 尽量减少因开设浇注系统而造成的塑料凝料用量；

8. 浇注系统的模具工作表面应达到所需的硬度、精度和表面粗糙度，其中浇口应有IT8以上的

精度要求；

9. 设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施；

10. 尽可能使主流道中心与模板中心重合，若无法重合应使两者的偏离距离尽可能小。 2.1 主流道的设计

主流道是连接注射机喷油嘴与分流道的一段通道，通常和注射机喷嘴在同一轴线上，端面为圆形，带有一定的锥度，主要设计有： （1） 形状：圆锥形； （2） 锥角：３°；

（3） 内壁的粗糙度为Ra0.4μm抛光时沿轴向进行 （4） 主流道大端呈圆角，r=1㎜。

（5） 喷嘴球的半径Ro=12mm，则凹坑的球面半径R=15mm；

（6） 凹坑深度：3㎜；喷嘴孔径d=4mm；小端直径D=6mm；大端直径为9.16mm。 （7） 主流道长度取60mm。 设计见图2：

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32820R15633°166

图2-1 主流道衬套

2.2 主流道衬套的设计

主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套，以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理，一般采用碳素工具钢，如：T8A、T10A等(本设计采用T10A钢)，热处理硬度为53～57HRC。主流道衬套和定位圈设计成整体式，用于小型模具，中大型模具设计成分体式。但由于该模具主流道较长，设计成分体式较宜。

定位圈的设计是为了便于模具在注射机上安装以及模具浇口套与注射机的喷嘴孔精确定位，应在模具上(通常在定模上，本设计安装在定模座板上)安装定位圈，用于与注射机的定位孔匹配。定位圈除完成浇口套与喷嘴的精确定位外，还可以防止浇口套从模内滑出。

其定位圈的结构尺寸如图2-2。 2.3 分流道的设计

分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向的作用。在本设计中，因是多型腔模具，所以必须设置分流道，在此采用半圆形截面流道。因为塑料熔体在流道中流动时，表面冷凝冻结，起绝热的作用，熔体仅在流道中心流动，因此分流道的理想状态应是其中心线与浇口的中心线位于同一直线上，而半圆形截面可以满足。

分流道的长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口的位置，从输送熔体时的减少压力损失和热量损失及减少浇道凝料的要求出发，应力求缩短。

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图2-2 定位圈

对于壁厚小于3㎜（此塑模壁厚在厚处近3mm,薄处为1mm），质量在200g以下的塑件可用公式

D0.26W4L

式中 W——流经分流道的塑料量，g L——分流道长度，㎜

D——分流道直径，由表得（5~10）取5㎜

其中

WnmnV

n——为型腔数目 m——为塑件质量，g 得出

4451D1L20.260.92.9741.620.26W43.8mm 取分流道的长度为44㎜

分流道的布置取决于型腔的布局，两者相互影响。分流道的布置形式有平衡式和非平衡式两种。此设计中我采用的是平衡式布置。平衡式布置可以使各型腔同时均衡的进料，从而保证了各型腔成型

出来的塑件在强度、性能、重量上的一致性。

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设计见图2-3：

图2-3 分流道布局

2.4 冷料穴的设计

冷料穴一般位于主流道对面的动模板上。其作用就是存放料流前峰的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而形成冷接缝。本设计中对于冷料穴的选择是按照设计的目的来

图2-4 冷料穴的设计

选择的。由于此设计的目的是要实现自动脱模。所以选择如下图的冷料穴（与推杆相匹配的冷料穴）。这种冷料穴的底部有一根推杆，而推杆安装在推板上，与其它推杆或推管连用。该设计采用的是圆头冷料穴，它很容易将主流道凝料拉离定模，当其被推出时又很容易脱落。示意图如图2-4. 为使塑件留在动模一侧，将冷料穴设计在动模一侧，并在浇口下方设计1根拉料杆，并将该拉料杆做得低于浇口套底面3mm，让一部分冷料包住拉料杆的圆头，以拉住冷料，保证塑件留在动模。

2.5 浇口形式设计

浇口是连接分流道和型腔的一段细短的通道，是浇注系统的关键部分。浇口的形状、位置和尺寸

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对塑件的质量影响很大。浇口的理想尺寸很难用理式计算，通常根据经验确定，取其下限，然后加以修正。

一般浇口的截面积为分流道截面积的3%~9%，截面形状为矩形或圆形，浇口长度为0.5~2mm，表面粗糙度不低于0.0004mm。

浇口的主要作用有两个：一是塑料熔体流经的通道；二是浇口的适时凝固可控制保压时间。在本次设计中为了满足塑件的要求不在表面留下痕迹，不影响塑件的外观.

图2-5 潜伏式浇口

采用潜伏浇口。潜伏浇口是点浇口在特殊场合下的一种应用形式。潜伏浇口潜入分型面一侧，沿斜向进入型腔。潜伏的模具在开模时，不仅自动切断浇口而且浇口的位置可以设在制品的侧面、端面和背面各隐蔽处，使制品外表面无浇口痕迹。采用潜伏浇口的模具结构，可将双分型面模具结构简化成单分型面结构。它的浇口的尺寸可按潜伏式浇口的经验公式（9.2－19）计算确定。[22]

dnC4A

式中d——浇口直径（mm）;

A——型腔的表面积（mm）为曲面面积= 4984.69; C——制品壁厚的函数值，见表9.2－3，取0.326 n——塑料材料系数，见表9.2－2，取0.7

dnC4A0.70.29444984.691.729mm

在本设计中的潜伏式浇口的直径采用2mm. 2.6 分型面的设计

分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。在封闭模腔中成型塑件，为

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了减小模腔中脱出时的阻力，要求塑件应带有适当的脱模斜度，也要求模具两半部分的接触面（即分型面）应相对于所成型的塑件，按排适当的位置，这就是正确的选择分型面。分型面的选择原则是：

（一） 便于塑件脱模

1 应有利于侧面分型和抽芯； 2 在开模时尽量使塑件留在动模内； 3 应合理安排塑件在型腔中的方位； （二）考虑和保证塑件的外观不遭损坏 （三） 尽量保证塑件尺寸的精度要求 （四） 有利于排气 （五） 尽量使模具加工方便

对于没有工艺凸缘的产品，也就是整个侧面是接着外观面的产品，不能将型腔只设计在模具的单侧，一定要从产品侧面的中间部位来分模。原因是如果产品在模具的单侧，浇口就直接连到产品外观面而没有一个台阶做为产品和浇口的界限。这样的后果是，在去除浇口时很容易伤到外观面。

分型面一般设在塑件断面尺寸最大处，在此次设计中采用的是单个分型面。把型芯设在动模一边，型腔设在定模一边，开模后塑件留在动模，然后由推板推动推杆、拉料杆进行脱模，有利于塑件的脱模。具体的形式见上图5。 2.7 排气槽的设计

在注塑成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统中有的气体外，还有塑件受热或凝固产生的低分子挥发气体，这些气体若不能顺利排出，则可能因充填时气体被压缩而产生高温，引起塑件局部炭化烧焦，使塑件产生气泡，或使塑料熔接面不良而引起缺陷，因而须进行排气设置。

1）排溢设计 ： 排溢是指排出充模熔料中的前锋冷料和模具内的气体等。

2）引气设计：对于一些大型腔壳形塑件，注射成型后，整个型腔由塑料填满，型腔内气体被排出，此时塑件的包容面与型芯的被包容面基本上构成真空，当塑件脱模时，由于受到大气压的作用，造成脱模困难，如采用强行脱模，势必使塑件发生变形或损坏，因此必须加引气装置。

3）排气系统有以下几种方式：

利用排气槽；利用型芯、镶件、推杆等配合间隙；有时为了防止制品在顶出时造成真空而变形，必须设置进气装置。 4）该套模具的排气方式有 a.利用塑件推杆的配合间隙； b.分型面开排气槽；

c.利用逆件与拉料杆之间的间隙； d.型芯镶件与型芯之间的间隙。

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3 成型零部件的设计和计算

塑件在成型加工过程中，用来充填塑料熔体以成型制品的空间被称为型腔。构成模具型腔的零件统称为成型零件，主要包括凹模、凸模、型芯镶块等各种成型杆和成型环。

型腔是直接和高温高压的塑件相接触，它的质量直接关系到制件质量，要求它有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性，以承受塑件的挤压力和料流的摩擦力，有足够的精度和适当的表面粗糙度（一般Ra0.4µm以下），保证塑件制品表面的光洁美观和容易脱模。本设计中的塑件外表面粗糙度要求很高，应达到镜面程度。成型内腔的型芯可以降低要求。由于内部的弯曲加强肋比较难以加工，型腔也是曲面造型，所以需要在Pro/E建模的基础上进行电火花成型。

订书机外壳在生产中会因为塑料腐蚀等原因造成成型面出现细小的缺陷，如麻点、塑件上有小白点等情况，这时要对模具重新进行抛光处理。如果多次进行抛光，型腔尺寸就会慢慢偏大。为此在制造型腔时要将其加工到公差带的下偏差，以保证以后可以进行尺寸调整，也给模具维修留下余地。

3.1 凹模的结构设计

在该设计中采用组合式凹模结构，它分为整体嵌入式局部镶嵌式两种形式。该设计采用局部镶嵌式凹模，具体的形式见下图6：可以把成型部分做成镶件，使用好的钢材，其余部分用廉价的钢材。

图3-1 组合式凹模

H7/m6

图3-2 组合式凸模

3.2 凸模的结构设计

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凸模（即型芯）是成型塑件内表面的成型零件，通常可分为整体式和组合式两种内型。在此采用 整体装配式凸模,它是将凸模单独加工后与动模板进行装配而成。 该设计中的简图如图3-2. 3.3 型芯安装固定形式

通常将成型塑件小孔或槽的小凸模称为小型芯。一般先单独制造，然后以嵌入的方式固定。直径 较小的小型芯，如果数量较多，则采用凸肩垫板安装比较好，该设计采用的，是整体装配式凸模，利用标准螺钉固定。如图3-3所示。

图3-3 型芯固定形式

3.4 成型零件工作尺寸的计算

１

成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接构成塑件的尺寸，它通常包括凹模和凸模的径向尺寸（包括矩形的长和宽）、凹模和凸模的高度尺寸以及位置尺寸等。 （1） 平均收缩率计算型腔尺寸

聚丙烯的收缩率一般为1%～3%,从而得出聚丙烯的平均收缩率为2%。径向尺寸由得出聚丙烯的一般精度等级为5级。同时得出塑料制件的尺寸公差。又由于塑件的宽度尺寸为42mm，所以查表得Δ=0.062mm

按照平均收缩率计算凹模径向尺寸公式

zLM1ScpLs3

40１

式中LM——凹模的径向尺寸，㎜

Scp——塑料的平均收缩率，% Ls——塑件径向公称尺寸，㎜ Δ——塑件公差值，㎜ δz——凹模制造公差，㎜ 已知 Ls=42mm Scp=0.02Δ=0.062mm 所以 δz=Δ/5=0.012mm

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LM=[(1+0.02)42-3/40.062]0+0.012 =42.800+0.012

塑件的长度尺寸是122mm时，查表得Δ=0.100，δz——凹模制造公差，取Δ/5（下面的计算都安此计算）。依据上面的公式得出：

LM=[(1+0.02)122-3/40.100]0+0.020=124.370+0.020mm

深度尺寸由得出聚丙烯的一般精度等级为5级。同时得出塑料制件的尺寸公差。 又由于塑１

件的深度尺寸Hs=15mm，所以查表得Δ=0.043mm 按照平均收缩率计算凹模深度尺寸公式

HzM1ScpHs23

式中 HM——凹模的深度尺寸，㎜

Scp——塑料的平均收缩率，% Hs——塑件高度公称尺寸，㎜ Δ——塑件公差值，㎜ δz——凹模深度制造公差，㎜ 已知 Hs=15㎜ Scp=0.02 Δ=0.043㎜ 所以 δz=Δ/5=0.008㎜

HM=[(1+0.02)15-2/30.043]+0.008 =15.27+0.008

而另外一个高度尺寸为16mm，查表得Δ=0.043㎜，因为：

Hs=16㎜ Scp=0.02 Δ=0.043㎜

所以 δz=Δ/5=0.008㎜

HM=[(1+0.02)16-2/30.043]+0.008 =16.29+0.008

（2） 按平均收缩率计算型芯尺寸

径向尺寸

由１

得出聚丙烯的一般精度等级为5级。同时得出塑料制件的尺寸公差。 又由于塑件的内径尺寸

dD2S

式中 S——塑件的壁厚㎜，由１

得出塑件壁厚为2mm。 所以 d=42-22=38mm，所以查表得Δ=0.062 按照平均收缩率计算型芯径向尺寸公式

LM1ScpLs34

z式中 LM——组合型芯的径向尺寸，㎜

Scp——塑料的平均收缩率，% Ls——塑件径向公称尺寸，㎜

Δ——塑件公差值，㎜

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δz——组合型芯制造公差，㎜

已知 Ls=38㎜ Scp=0.02 Δ=0.062㎜ 所以 δz=Δ/5=0.012㎜

LM10.023830.06238.8100.012 40.012型芯的长度尺寸是118mm时，查表得Δ=0.087，δz——凹模制造公差（mm）, 取Δ/5=0.017。依据上面的公式得出：

0LM10.0211830.087120.4300.017mm 40.017高度尺寸

由得出聚丙烯的一般精度等级为5级。同时得出塑料制件的尺寸公差。 又由于塑件的深度尺寸Hs=15-2=13㎜，所以查表得Δ=0.043㎜ 按照平均收缩率计算组合型芯高度尺寸公式

１

0HM1ScpHs2

3z0式中 HM——组合型芯高度尺寸，㎜

Scp——塑料的平均收缩率，% Hs——塑件孔深度公称尺寸，㎜ Δ——塑件公差值，㎜

δz——组合型芯高度制造公差，㎜ 已知 Hs=13.00㎜ Scp=0.02 Δ=0.043㎜ 所以 δz=Δ/3=0.014㎜

HM3.5 型腔壁厚计算

10.021320.04313.2900.014mm 30.0140在注塑的过程中，模具的型腔将受到高压的作用，因此模具型腔应该具有足够的刚度和强度。强度不足将导致塑性变形，甚至开裂。刚度不足将导致弹性变形，导致型腔向外膨胀，产生溢料间隙。在本次设计中采用整体式矩形凹结构。

1)按刚度计算侧壁的厚度s：

矩型型腔受塑料熔体压力时，四壁变形，两长边大于两短边，当长、短边侧壁厚度相同时，长边能满足要求，短边更无问题，因此，侧壁厚度计算归结为长边厚度的计算。由得出（取厚度12mm

１

2ph4aphL1C3E2EF2 4230300.930301500.9300.045352(2.110)22.110360016

进行计算：

所以取12mm满足要求；

式中 E——模具材料的弹性模量，MPa，碳刚为2.1105MPa

p——型腔压力，MPa，由前面所知为30 MPa

[δ]——刚度条件，即允许变形量，㎜，由得出聚丙烯的[δ]值允许范围为0.025～0.04

㎜（取0.03mm）

１

a——底板短边与长边长度之比（a＝L2/L1=140/150=0.9）

h——型腔深度尺寸，30㎜

C——与型腔深度对型腔侧壁长边边长之比h/L1有关的系数L1取150mm查表得C为0.930 F——与型腔长边平行的短边侧壁和底板受拉断面积，F=L1(H-h)＝180（50-30）＝3600

hhsH

图3-4 型腔示意图

2)按强度计算侧壁的厚度s：

仍设长、短边壁厚相等，从强度考虑，侧壁每边都受到弯曲应力与拉伸力的双重作用。将侧壁视为两端的梁，最大弯曲力产生在梁的两端，由得出：

１

3hp13303010.1080.9s11.65 230式中E——模具材料的弹性模量，MPa，碳刚为2.1105MPa

221212p——型腔压力，MPa，由前面所知为30 MPa [σ]——模具材料的许用应力，MPa，已知为230 MPa

a——底板短边与长边长度之比（a＝L2/L1=140/150=0.9）

——与h/L1有关的系数，查表取0.108

17

所以 选取12mm完全满足要求。 由此可以选取s=12㎜。

（1）按刚度计算底板的厚度（hs）：

镶底的组合式型腔底板，可以近似地视为受载均匀的简支梁，公式为：

PL2L141hs0.()3

ELPL2L141hs0.()3

EL

式中 E——模具材料的弹性模量，MPa，碳刚为2.1105MPa

P——型腔压力，MPa，由前面所知为30 MPa

[δ]——刚度条件，即允许变形量，㎜，由得出聚丙烯的[δ]值允许范围为0.025～0.04

（取0.03）㎜

h——型腔深度尺寸，㎜

，150，140 mm；L,L1,L2分别是（L22s）

１

图3-5 定模板

PL2L141)3 ≧18.2㎜ 所以 hs0.(EL按强度计算底板的厚度hs

1218

PL2L1hs0.8L 式中 r——型腔径向半径，㎜

2 P——型腔压力，MPa，由前面所知为30 MPa [σ]——模具材料的许用应力，MPa，已知为230 MPa 所以 hs0.87123014015017.3mm 1402122302由此可以选取hs=20.00㎜。 3.6 矩形模具动模垫块厚度计算 1）按刚度条件计算

矩形模具动模垫块由于安装型芯后，支承块的间距一般总是大于主型芯径向尺寸和型腔投影面积。垫板在主型芯传递的熔体压力下挠曲变形，最大挠度产生在垫板中线，经过推导得到它的公式是：

pl1l21hs0.L2()3

EL1l1,l2分别为:125mm,73mm L1,L2分别为:160mm,75mm

p——型腔压力，MPa，由前面所知为30 MPa 代人有关数值得到：

13012573hs0.75()32100001600.03

26.12）按强度条件计算：

垫板在主型芯传递的熔体压力下最大应力也出现在垫板中心‘其计算公式为：

pl11hs0.L2()2

L1式中：[σ]——模具材料的许用应力，MPa，已知为230 MPa 其它的数值与上式相同，代人数值得到：

19

301251hs0.75()220.8mm

160230最终选取垫板的厚度为20mm。

20

4 模架的确定

以上内容确定之后，便根据所定内容选定模架。在学校作设计时，模架部分可参照各模板标准尺寸来绘图；在生产现场设计中，尽可能选用标准模架，确定出标准模架的形式，规格及标准代号。

模架尺寸确定之后，对模具有关零件要进行必要的强度或刚度计算，以校核所选模架是否适当，尤其时对大型模具，这一点尤为重要。

由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，再根据成形零件尺寸结合标准模架，选用结构形式为A1型、模架尺寸为250mm250mm的标准模架，可符合要求。

模具上所有的螺钉尽量采用内六角螺钉；模具外表面尽量不要有突出部分；模具外表面应光洁，

加涂防锈油。两模板之间应有分模隙，即在装配、调试、维修过程中，可以方便地分开两块模板。

4.1 确定定模座板（315mm250mm，厚25mm） 定模座板通常就是模具与注射机连接处的板，材料为45钢。

通过8个M12的内六角圆柱螺钉与定模固定板连接；定位圈通过4个M6的内六角圆柱螺钉与其连接；定模座板与浇口套为H9/f9配合。

4.2 确定定模（固定）板（250mm250mm，厚50mm）

用于固定型芯（凸模）。固定板应有一定的厚度，并有足够的强度，一般用45钢或Q235A制成，最好调质230~270HB。

4.3 确定垫块（50mm250mm，厚63mm）

1.主要作用：在动模座板与支承板之间形成推出机构的动作空间，或是调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装厚度要求。

2.结构型式：可以是平行垫块或拐角垫块，该模具采用平行垫块。

3.垫块材料为Q235A，也可用HT200、球墨铸铁等。该模具垫块采用Q235A制造。 4.垫块的高度h校核

hh1h2h3s0202017663(mm)，符合要求。

式中h1——顶出板限位钉的厚度，该模具没采用限位钉，故其值为0 h2——推板厚度，为20mm h3——推杆固定板厚度，为20mm s——推出行程，为17mm

——推出行程富裕量，一般为3~6mm，取6mm

4.4 确定动模座板（315mm250mm，厚25mm）

21

材料为45钢，其上的注射机顶杆孔直径为24mm。其上的推板导柱孔与导柱采用H7/m6配合。

4.5 确定推板（148mm250mm，厚20mm）

材料为45钢。其上的推板导套孔与推板导套采用H7/k6配合。用4个M6的内六角圆柱螺钉与推杆固定板固定。

4.6 确定推杆固定板（148mm250mm，厚20mm） 材料为45钢。其上的推板导套孔与推板导套采用H7/f9配合

22

5 对合导向机构零部件设计

对合导向机构的功能是保证动、定模两半部分能够对准，使加工在动模和定模上的成型表面在模具闭合后形成形状和尺寸准确的腔体，从而保证塑件形状、壁厚和尺寸的准确。

导向机构的总体设计

1.导向零件应合理地均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位，其中心至模具边缘应有足够的距离，以保证模具的强度，防止压入导柱和导套后变形。 2.该模具采用4根导柱，其布置为等直径导柱对称布置。 3.该模具导柱安装动模板上，导套安装在定模固定板上。

4.为了保证分型面很好的接触，导柱和导套在分型面处应制有承屑槽，即可削去一个面或在导套的孔口倒角，该模具采用后者。

5.在合模时，应保证导向零件首先接触，避免凸模先进入型腔，导致模具损坏。

6.动定模板采用合并加工时，可确保同轴度要求。 5.1 导柱对合导向机构

导柱对合导向机构在注塑模中应用最普遍，包括导柱合导套两个零件，分别安装在动模和定模的两半部分。

图5-1 导柱设计

5.1.1导柱设计 导柱可以安装在动模一侧，也可以安装在定模一侧，但更多的是安装在动模一侧。

23

因为作为成型零件的主型芯多装在动模一侧，导柱与主型芯安装在同一侧，在合模时可以起保护作用。导柱的结构有两种：一种是除安装部分的凸肩外，长度的其余部分直径相同，称为直导柱；另一种是除安装部分的凸肩外，使安装部分直径比外伸的工作部分直径大，称为阶梯形导柱。直形导柱和阶梯形导柱的前端都设计为锥形，便于导向。两种导柱都可以在工作部分带有储油槽，以延长润滑时间。在该设计中采用直形导柱。图形如图5-1：

图5-2 推板导柱设计

5.1.2 导柱尺寸 导柱直径尺寸随模具分型面处模板外形尺寸而定，模板尺寸愈大，导柱间的中心距应愈大，所以导柱所选的直径也应愈大。除了导柱长度按模具具体结构确定外，导柱其余尺寸随导柱直径而定。根据表查得导柱的直径是：16mm；导柱的长度尺寸应保证位于动模和定模两侧的型腔和型芯开始闭合前导柱已经进入导孔的长度的大于导柱直径，如图5-3所示L>d：

图5-3 导柱尺寸关系

5.1.3 导柱的布置 一副模具最少要用两根导柱，模板外形尺寸大的模具，可最多用4根导柱。本设计用的是四根直径相同的导柱对称布置。

5.2 导套设计

导向孔可带有导套，也可以不带导套；但无论那种形式，都不能设计为盲孔，因为盲孔会增加模

24

具闭合时的阻力，并使模具不能紧密闭合。在该设计中采用导套的直径为16mm长度为50mm，根据模具大典得出下图：

×0.5

图5-4 推板导套

×0.75

图5-5 导套

25

6 脱模机构的设计和计算

6.1 脱模机构设计

在注射成型的每一个循环中，都必须使塑件从模具型腔中或型芯上脱出，模具中这种脱出塑件的机构称为脱模机构（或称推出机构、顶出机构）。脱出机构的作用包括脱出、取出两个动作，即首先将塑件和浇注系统凝料等与模具松动分离，称为脱出，然后把其脱出物从模具内取出。 一、 脱模推出机构的设计原则

制件推出（顶出）是注射成型过程中的最后一个环节，推出质量的好坏将最后决定制品的质量，因此，制品的推出是不可忽视的。在设计推出脱模机构时应遵循下列原则：

1） 运动灵活顺畅，无卡刹和过分磨损现象； 2） 接触塑件的配合间隙无溢出现象； 3） 具有足够强度、刚度，工作稳定可靠；

4） 对塑件顶推力分布均匀合理，不会引起塑件变形或塑件顶列； 5） 对塑件外观无明显损害；

6） 有利于将塑件和浇注道凝料带向动模部分； 7） 容易制造和装配。 二、制品推出的基本方式

1.推杆推出：推杆推出是一种基本的也是一种常用的制品推出方式。常用的推杆形式有圆形、矩形、“D”形。

2.推件板推出：对于轮廓封闭且周长较长的制品，采用推件板推出结构。推件板推出部分的形状根据制品形状而定。

3.气压推出：对于大型深型腔制品，经常采用或辅助采用气压推出方式。 三、塑件的推出机构

本套模具的推出机构形式较为复杂，全部采用推杆推出，每个塑件由12根推杆出。随塑件结构形状不同，脱模机构的类型和繁简也有很大的差别。形状简单的

件从模具内脱出，是在脱模行程中一次动作完成，相应的脱模机构称为一级脱模机构。形状复杂的需要进行二次脱模，甚至要进行第三次脱模。该设计只须一次脱模，常用的一级脱模机构有顶杆机构、顶管机构、推块机构、脱件板机构、拉料板机构及这些机构的某些简单组合机构形式。该塑件的设计如下：

1.采用带肩推杆，每个塑件由14根推杆，共为28个； 2.推杆应设在脱模阻力大的地方； 3.推杆应均匀布置；

26

4.推杆应设在塑件强度、刚度较大处； 5.该推杆的形式（标准形式）；

6.推杆直径与模板上的推杆孔采用H8/f7或H8/f8的间隙配合；

7.通常推杆装入模具后，其端面应与型腔底面平齐，或高出型腔底面0.05～0.10mm；

8.推杆与推杆固定板，通常采用单边0.5mm的间隙（由于该套模具各塑件的8根推杆分布比较紧凑，故采用单边0.25mm的间隙），这样可以降低加工要求，又能在多推杆的情况下，不因由于各板上的推杆孔加工误差引起的轴线不一致而发生卡死现象；

9.推杆的材料常用T8、T10碳素工具钢，热处理要求硬度HRC50，工作端配合部 分的表面粗糙度为Ra0.8。

该塑件推杆推出机构的示意如图6-1： 6.2 脱模阻力的计算

塑件在冷却时，将包紧型芯或凸模，产生包紧力。包紧力的大小，与塑件的收缩率、塑件的壁厚

和形状及大小所成的塑件刚度，塑件对型芯和型腔表面的粗糙度及加工纹向等因素形成的摩擦阻力、塑件材料及其对型芯及型腔的粘附力、以及注射压力、开模斜度等都有关系。对于不通孔壳形塑件脱模时，还须克服大气压力。但在计算和确定脱模力时，一般只考虑主要因素，进行近似计算，并使确定的脱模力大于上述诸因素所形成的阻力。此阻力在开模的瞬间最大，所以，计算的脱模力为初始脱模力。其计算方法为：

图6-1 推出机构示意图

对于一般塑和通孔壳形塑件，按下式计算，并确定其脱模力(Q):

QLhp(fcosasina)

27

式中L——型芯或凸模被包紧部分的断面周长(cm)，取240cm;

h——被包紧部分的深度(cm)取1.5cm;

p——由塑件收缩产生的单位面积上的正压力，一般取7.8~11.8MPa,这里取10MPa

f——磨擦系数，一般取0.1~0.2这里取0.15

a——脱模斜度1 º

Q2401.5100.15cos1sin134.8KN

按分工计算的脱模力，当考虑塑件材料对型芯的粘附力，，以及塑件刚性等因素的影响，加以修正，实际脱模力，从而选用相应的标准推杆的直径及数量和分布。

对于不通孔的壳形塑件脱模时，需克服大气压力造成的阻力(QH)， 即QH1F

式中F——为垂直于推出型芯方向的投影面积(cm2)为100.6 cm2； 并设大气压力为0.09MPa,则

QHF=1.006KN

所以，当不计算塑件对型芯的粘附力是其总的脱模力(Q总)为 Q总=Q+QH=35.8KN

28

7 侧向抽芯机构的设计

当塑件上具有与开模方向不一致的孔或侧壁有凹凸形状时，除极少数情况可以强制脱模外，一般都必须将成型侧孔或侧凹做成可活动的结构，在塑件脱模前，先将其抽出，然后才能将整个塑件从模具中脱出。完成侧向活动型芯的抽出和复位的这种机构叫做抽芯机构。它应具备以下基本功能：

图7-1 抽芯机构图

1能够保证不引起塑间件变形的情况下准确地抽芯； 2运动灵活动作可靠，无过分磨损现象； 3具有必要的强度和刚度； 4配合间隙和拼缝线不溢料。 7.1抽芯机构选择

弯销侧抽芯机构是用的较多的抽芯机构，它结构简单、制造方便、安全可靠等特点。该设计采用的是弯销在定模，滑块在动模的抽芯结构。对靠内的采取的是带滑块的抽芯机构。其抽芯结构图如图7-1。

7.2 抽芯机构的计算

弯销的长度主要根据抽芯距离和弯销的倾角的大小而确定（参照图7-1）。其长度计算公式如下：

L=4/sina=4/sin15º=19.3

式中：L－弯销总长度（mm）；

a－弯销的倾角（设计为15度）。

29

S－抽芯距离; 代入计算过的相关数据： S=5mm

取其长度为18.91mm。

图7-2 弯销

图7-3 斜推杆

斜滑块内部抽芯成型高为1 的凸台，而两个凸台之间的距离只有15，再考虑到斜滑块的宽度，所以选择抽芯距离为2.4，倾角为6度。为了方便脱出斜滑块一直延伸到塑件底部，但是比型芯低出

30

0.07，以勉产生干涉。由于推杆的推出距离为23，正好达到抽芯距离的要求。具体形状尺寸见图7-3。

31

8 温度调节系统的设计和计算

模具的温度直接影响到塑件的成型质量和生产效率。所以模具上需要添加温度调节系统以达到理想的温度要求。热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，使熔融的塑料的热量尽快传给模具，以便使塑件可靠冷却定型并可迅速脱模。提高塑件定型质量和生产效率。注射模设计温度调节系统的目的，就是要通过控制模具温度，使注射成形具有良好的产品质量和较高的生产率。

因为水的热容量大，传热系数大，成本低，且低于室温的水容易取得，所以冷却水普遍使用。用水冷却即在模具型腔周围或型腔内开设冷却水通道，利用循环水将热量带走。

8.1 加热系统

对于某些熔融度高，流动性差的塑料，如聚碳酸酯、聚甲醛、氯化聚醚、聚砜、聚苯醚等，要求有较高的模具温度，此时需要对模具进行加热主。这些塑料若模温过低，则会影响塑料的流动性，产生较大的剪切力，使塑件内应力增大，甚至还会出现冷流痕、银丝、轮廓不清等缺陷。由于该套模具的模温要求在80ºC以下，又是小型模具，所以无需设置加热装置

8.2 冷却系统的设计

冷却装置的设计要考虑以下几点： （1） 保证塑件收缩均匀，维持模具热平衡。

（2） 冷却水孔的数量越多，孔径越大，对塑件冷却也就越均匀。

（3） 水孔与型腔表面各处最好有相同的距离，即水孔的排列与型腔形状尽量吻合。

（4） 浇口出要加强冷却。一般熔融塑料填充型腔时，浇口附近温度最高，距浇口越远温度越低。因此浇口附近应加强冷却，通冷却水，而在温度较低的外側只需通过经热交换后的温水即可。 （5） 降低入水与出水的温度。可通过改变冷却孔道排列的形式。

（6） 要结合塑料的特性和塑件的结构，合理考虑冷却水通道的排列形式。如塑件的收缩率，壁厚等。 （7） 冷却水通道要避免接近塑件的熔接痕部位，冷却通道的密封性要好，冷却通道的进口与出口接头尽量不要高出模具外表面。

一般注射到模具内的塑料温度为200ºC左右，而制品固化后从模具型腔中取出时其温度在60ºC以下。热塑性塑料在注射成形后，必须对模具进行有效的冷却，使熔融塑料的热量尽快地传给模具，以使塑料可靠冷却定型并可迅速脱模。

对于粘度低、流动性好的塑料（例如：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙66等），因为成形工艺要求模温都不太高，所以常用常温水对模具进行冷却。

PP的成形温度和模具温度分别为聚丙烯的塑料温度232.2~282.2ºC取250ºC，模具温度4.4~79.4ºC,取40ºC。

冷却介质：有冷却水和压缩空气，但用冷却水较多，因为水的热容量大，传热系数大，成本低。

32

用水冷却，即在模具型腔周围或内部开设冷却水道。

8.3 冷却系统的简略计算

如果忽略模具因空气对流、热辐射以及与注射机接触所散发的热量，不考虑模具金属材料的热阻，可对模具冷却系统进行初步的和简略的计算。 （1）求塑料制品在固化时每小时释放的热量Q

查表9.8-4[1]得PP单位重量放出的热量，为Q15.9102kJ/kg，故

QWQ12.5111025.910260888.(kJ/h)

式中W——单位时间（每分钟）内注入模具中的塑料重量(kg/min)，该模具每分钟注射60/25=2.4次，所以

W6010.42.511102kg/min 25（2）求冷却水的体积流量

在单位时间内熔体凝固时放出的热量等于冷却水所带走的的热量，因此由式9.8-15[1]得

WQ12.5111025.9102qv31.17103m3/min

c112104.187(2320)式中——冷却水的密度，为110kg/m c1——冷却水的比热容，为4.187kJ/(kgC)

331——冷却水出口温度，取23C

 2——冷却水入口温度，取20C

（3）求冷却管道直径d。查表9.8-1[1]，为使冷却水处于湍流状态，取d8mm。 （4）求冷却水在管道内的流速v。由式9.8-20[1]得

4qV41.17103v20.39m/s

d(8103)260（5）求冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数h。查表9.8-5[1]，取f6.468（水温为23C，再由式9.8-18[1]有

h3.6fv0.8d0.20.996103.66.4680.390.0080.230.87.21103kJ/.(m2hC)

33

（6）求冷却管道总传热面积A。由式9.8-17[1]有

A60WQ160888./606.66103m2 h7210402320/2式中——模具温度与冷却水温度之间的平均温差，模具温度取40C。 （C） （7）求模具上应开设的冷却管道的孔数n。由是9.8-21[1]有

A6.66103n1.06

dL8/1000250/1000式中L——模具长度，为250mm

订书机外壳外形尺寸较小，帮故冷却要求不高，为缩短循环周期及方便产品质量控制，再考虑到一模两腔，尽可能使塑件冷却均匀，布置每腔2根水道，因此取水道数为4孔

(8) 模具冷却时间的计算

塑件在模内的冷却时间通常是指塑料熔体从充满型腔时起，到开模取出塑件时为止。可以开模的标准是制品已充分固化，具有一定的强度和刚度，在开模时不至于变形开裂。目前有三种衡量制品是否已充分固准则：

1)对于无定形塑料的厚壁制品，其最大壁厚中习部分的温度已冷却到该塑料的热变形温度以下； 2)对于无定形塑薄壁制品，制品截面内的平均温度已达到所规定的制品的出模温度； 3)对于结晶形塑料，最大壁厚的中心层温度达到固熔点，或者结晶度达到某一百分比。 目前尚无精确的冷却时间计算公式，只能借助于一些简化公式或经验公式对冷却时间作近似计算。

聚丙烯塑料制件的最大壁厚中心层达到凝固点时所需的冷却时间的经验公式：

04902504902t37.85s37.852683s 223.9223.960w2式中0 ——棒内或板类塑料制品的初始成型温度，ºC

w ——模具温度，ºC

s——板类制品的厚度(cm)

t——制品所需的冷却时间(s)

8.4 冷却装置的布置

由于该制品为近似矩形零件，由于分两个水孔布置，可心在每个型腔镶件中沿着塑件排放的方向布置水孔。水孔中心离塑件距离平均约为10mm,离型腔镶件表面距离为10mm。而型芯镶件中有拉料杆、推杆所以不能布置水孔。又由于从型腔镶件两侧进水不易保证水孔对准及良好的密封，所以采取先让水进入定模座板后往下进入型腔镶件中，再从定模座板中流出。为使冷热均匀，两水孔从相对的方向

34

进入，从各自对面导出。见下图：

图8-1 水道布置

35

9 排气系统的设计

9.1 排溢的影响

排溢是指排出充模熔料中的前锋冷料和模具内的气体等。在注射成型过程中模具 内除了型腔和浇注系统中原有的空气外，还有塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体 若不能顺利排出，则可能因充填时气体被压缩而产生高温，引起塑件局部烧焦，或使 塑件产生气泡，或使塑件熔接不良而引起缺陷。

9.2 引气的影响

对于一些大型深腔壳形制品，注射成形后，整个型腔由塑料填满，型腔内气体被排出，此时制品的包容面与型芯的被包容面基本上构成真空，当制品脱模时，由于受到大气压的作用，造成脱模困难，如采用强行脱模，势必使制品发生变形或损坏，因此必须加引气装置。由于本设计中的型腔比较小，而且各镶件、推杆、拉料杆与型芯接合处都有逢隙，所以没有设计引气装置。

9.3 排气方式

利用排气槽；利用型芯、镶件、推杆等配合间隙；有时为了防止制品在顶出时造成真空而变形，必须设置进气装置。 该套模具的排气方式有 1.利用制品推杆的配合间隙； 2.制品与拉料杆之间的间隙；

3.制品与侧抽心之间的间隙。

36

10 标准零件的选取和各零件材料选择

在本次设计中，采用的标准零件有螺钉、导柱、导套、模架和浇口套。 10.1设计中所用标准螺钉

表10-1 设计中所用螺钉

作用

固定垫板和动模座板 连接推板和推杆固定板

固定滑座 连接型芯镶件1及型芯

固定定位圈 固定侧抽心弯销 固定型腔板 连接定模座板和定模板

名称 内六角圆柱头螺钉 内六角圆柱头螺钉 内六角圆柱头螺钉 内六角圆柱头螺钉 内六角圆柱头螺钉 内六角圆柱头螺钉 内六角圆柱头螺钉 内六角圆柱头螺钉

规格 GB70-85-M12×60 GB79-85-M830 GB70-85-M6×14 GB70-85-M6×16 GB70-85-M825 GB70-85-M620 GB70-85-M625 GB70-85-M1230

数目 4 4 4 6 4 8 4 4

10.2塑料模具成型零件（型腔、型芯）的选材 型腔和型芯的材料为Cr12MoV热处理为58HRC～62HRC 10.3 模板零件的选材

表10-2 模板零件的选材

零件名称 垫块 动、定模板 动、定模座板

材料牌号 Q235 45

热处理方法 淬火 调质

硬度 43HRC～48HRC 230HB～270HB

10.4侧向分型与抽芯机构的选材

斜滑块 Cr12MoV 淬火 58HRC～62HRC

10.5 浇注系统零件的选材：

主流道衬套 T10A 淬火 53HRC～57HRC

10.6 导向零件的选材

表10-3导向零件的选材

零件名称 导柱 导套 推板导柱 推板导套

材料牌号 T8A T8A T8A

热处理方法

淬火 淬火 淬火

硬度 50HRC～55HRC 50HRC～55HRC 50HRC～55HRC

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10.7 推出机构零件的选材

表10-4 推出机构零件的选材

零件名称 推杆 推板 复位杆 推杆固定板

材料牌号 T8A 45 T10A 45

热处理方法 淬火 淬火 淬火 淬火

硬度 50HRC～55HRC 230HB～270HB HRC～58HRC 230HB～270HB

10.8 其它零件的选材 1 定位圈 45钢

2 各 销 35钢 热处理后硬度28HRC～38HRC 3 各螺钉 45钢 淬火 硬度43HRC～48HRC 4 水 嘴 黄铜 5 弹 簧 60Si2Mn

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11 模具工作过程

模具装配试模完毕之后，模具进入正式工作状态，其基本工作过程如下： 1.对塑料PP进行烘干，并装入料斗；

2.清理模具型芯、型腔，并涂上脱模剂，进行适当的预热； 3.合模、锁紧模具；

4.对塑料进行预塑化，注射装置准备注射；

5.注射，其过程包括充模、保压、倒流、浇口冻结后的冷却和脱模；

6.脱模过程：开模时，开合模系统带动动模部分后移，塑件（因包紧力和拉料杆的作用）随动模部分移动，此时弯销开始带动活动向两侧移动，从而在两边实现侧抽芯动作；开模一段距离后，开合模机构停止运动，推出机构开始动作，此时拉料杆和顶针将塑件往外推；同时塑件中间的活动滑块塑件推出。塑件推出后，在注射机液压机作用下复位杆推动推板来实现复位，以便进行下一次注射。

7 塑件的后处理：剪掉塑件上的浇注凝料，对塑件进行退火处理或调湿处理。

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12 数控加工设计

随着生产和科学技术的发展，机械产品的日趋精密、复杂，而且改型频繁，这就对制造机械产品的设备机床提出了高性能、高精度和高自动化的要求。在机械产品中，单件和小批量产品占绝大部分。采用传统的普通加工设备已很难适应高效率 高质量 多样化的加工要求。机床数控技术的应用，一方面促使机械加工的大量前期准备工作与机械加工过程连成一体；另一方面又促使机械加工的全过程与柔性自动化水平不断提高，即提高了制造系统适应各种生产条件变化的能力。数控技术就是以数字量编程实现控制机械或其它设备自动工作的技术。在本设计中，我对型腔等采用数控编程来进行加工，从而可以保证塑件的精度。

12.1 数控机床程序的编制的内容与步骤

在普通机床上加工零件时，首先由工艺人员对零件进行工艺分析，制定零件加工的工艺规程。同样，加工零件时也必须对零件进行工艺分析，制定工艺规程，同时要将工艺参数等进行记录，并将信息传到数控装置，由数控装置完成对零件的加工。它主要包括如下几方面的内容：

1）分析零件图； 2）确定工艺过程；

3）计算加工轨迹和加工尺寸； 4）编写加工程序单和校核； 5）制作控制介质； 6）程序校核和试切削。 12.2数控加工工艺

数控加工程序的编制方法分为手工编程和自动编程两种；在该设计中采用手工编程。利用刀具长度补偿和固定循环加工推杆固定板。零件如下图所示#1钻孔直径为9和14的孔，#2钻孔直径2和7的孔，#3一#16钻孔直径为3和7的孔，#17和#18钻孔直径为6，#19和#20钻孔直径为28。工件坐标系零点设在零件对称中心，初始平面上各坐标轴方向如图所示。刀位点设在主轴端面中心，换刀点设在x=0,y=0,z=250位置。选用T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9号刀具，如表10所示。加工前，将刀具长度补偿值分别设定在H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7、H8、H9号存储器中。

12.3 具体加工程序： O0100

N001 G92 X0 Y0 Z0;坐标系设定，刀具定位在初始平面 N002 G90 G00 Z250 T1 M06;换T1号刀

N003 G43 Z0 H1;取H1内数值进行刀具长度补偿 N004 S300 M03;主轴每分钟300转，顺转

N005 G99 G81 X0 Y0 Z-73 R-47 F300；定位后加工#19孔，返回到R点

表12-1 数控加工刀具

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偏移号 1 2 3 4 5 6 7 8 9

偏移量mm

150 190 100 100 110 130 200 140 140

存储器号 H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H8

刀具号 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9

钻头直径mm

9 14 2 3 6 7 28 8 8

N006 G00 Z0 M05；返回到零点，主轴停

N007 G49 Z250 T2 M06；取消刀具长度补偿，换刀 N008 G43 Z0 H2；取H2内数值进行刀具补偿 N009 S20 M03；主轴启动

N010 G99 G85 X0 Y0 Z-73 R-47 F600;定位后钻孔加工#114孔，返回到R点 N011 G00 X0 Y0 M05；返回到零点，主轴停

N012 G49 Z250 T3 M06 T3；取消刀具长度补偿，换刀 N013 G43 Z0 H3；取H3内数值进行刀具长度补偿 N014 S20 M03；主轴启动

N014 G00 X0 Y22 Z0；快速移动到#2上方

N015 G99 G85 X0 Y22 Z-73 R-47 F300；定位后钻孔加工#22孔，返回到R点

表12-2 数控加工流程

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工步内容 钻孔 钻孔 钻孔 钻孔 钻孔 钻孔 镗孔 加工内螺纹 铣削方孔

刀号及规格(mm) T01 9钻头 T02 14钻头 T03 2钻头 T04 3钻头 T05 6钻头 T06 7钻头 T07 28钻头 T08 8钻头 T098铣刀

主轴转速(r/min)

300 600 300 300 500 500 500 500 500

进给速度(mm/min)

40 50 40 40 100 100 70 100 100

工序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9

N016 G00 X0 Y0 M05；返回到零点，主轴停 N017 G49 Z250 T4 M06；取消刀具长度补偿，换刀 N018 G43 Z0 H4；取H4内数值进行刀具长度补偿 N019 S20 M03；主轴启动

N020 G99 G85 X-50.24 Y42.855 Z-73 F300；定位后钻孔加工#33孔，返回到R点 N021 G91 Y15.71；钻孔加工#4直径3的孔，返回到R点 N022 G00 X15.04 Y24.265; 钻孔加工 #5直径3的孔，返回到R点 N023 G00 Y-11.41；钻孔加工 #6直径3的孔，返回到R点 N024 G00 Y-11.41；钻孔加工 #7直径3的孔，返回到R点 N025 G00 X5.81 Y17.02；钻孔加工 #8直径3的孔，返回到R点 N026 G00 Y-11.22；钻孔加工 #9直径3的孔，返回到R点 N027 G00 X18.10 Y5.61；钻孔加工 #10直径3的孔，返回到R点 N028 G00 X13.82 Y5.745；钻孔加工 #11直径3的孔，返回到R点 N029 G00 Y-11.49；钻孔加工 #12直径3的孔，返回到R点 N030 G00 X38.42 Y10.125；钻孔加工 #13直径3的孔，返回到R点 N031 G00 Y-8.76；钻孔加工 #14直径3的孔，返回到R点 N031 G00 X11.23 Y8.75；钻孔加工 #15直径3的孔，返回到R点 N032 G00 Y-8.74；钻孔加工 #16直径3的孔，返回到R点

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N033 G90 G00 X0 Y0 Z0 M05；返回到零点，主轴停 N034 G49 Z250 T5 M06；取消刀具长度补偿，换刀 N035 G43 Z0 H5；取H5内数值进行长度补偿 N036 S20 M03；主轴启动

N037 G99 G85 X-117 Y66 Z-73 R-47 F500；定位后钻孔加工#17直径6的孔，返回到R点 N038 G91 X234；钻孔加工 #17直径6的孔，返回到R点 N039 G90 G00 X0 Y0 Z0 M05；返回到零点，主轴停 N040 G49 Z250 T6 M06；取消刀具长度补偿，换刀 N041 G43 Z0 H6；取H6 内数值进行刀具长度补偿 N042 S20 M03 ；主轴启动

N043 G99 X0 Y22 R-47 F500；定位后锪孔加工#2直径7的孔，返回到R点 N044 G91 Y15.71；锪孔加工#4直径7的孔，返回到R点 N045 G00 X15.04 Y24.265; 锪孔加工 #5直径7的孔，返回到R点 N046 G00 Y-11.41；锪孔加工 #6直径7的孔，返回到R点 N047G00 Y-11.41；锪孔加工 #7直径7的孔，返回到R点 N048 G00 X5.81 Y17.02；锪孔加工 #8直径7的孔，返回到R点 N049 G00 Y-11.22；锪孔加工 #9直径7的孔，返回到R点 N050 G00 X18.10 Y5.61；锪孔加工 #10直径7的孔，返回到R点 N051 G00 X13.82 Y5.745；锪孔加工 #11直径7的孔，返回到R点 N052 G00 Y-11.49；锪孔加工 #12直径7的孔，返回到R点 N053 G00 X38.42 Y10.125；锪孔加工 #13直径7的孔，返回到R点 N0 G00 Y-8.76；锪孔加工 #14直径7的孔，返回到R点 N055 G00 X11.23 Y8.75；锪孔加工 #15直径7的孔，返回到R点 N056 G00 Y-8.74；锪孔加工 #16直径7的孔，返回到R点 N057 G90 G00 X0 Y0 Z0 M05；返回到零点，主轴停 N058 G49 Z250 T7 M06；取消刀具长度补偿，换刀 N059 G43 Z0 H7；取H7内数值进行长度补偿 N060 S20 M03；主轴启动

N061 G99 G85 X-104 Y35 R-47 F500 ；定位后镗孔加工#19直径28的孔，返回到R点 N062 G90 X0 Y0 Z0 M05；返回到零点，主轴停 N063 G49 Z250 T8 M06 ；取消刀具长度补偿，换刀 N0 G43 Z0 H8；取H8内数值进行刀具长度补偿 N065 S20 M03 ；主轴启动

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N066 G99 G82 X-117 Y66 Z-73 R-47 F100；定位后加工#17M8螺纹，返回到R点 N067 G91 X234 ；定位后加工#18M8螺纹，返回到R点 N068 G00 X0 Y0 M05；返回到零点，主轴停 N068 G49 Z250 T9 M06 ；取消刀具长度补偿，换刀 N069 G42 Z0 H9；取H9 内数值进行刀具长度补偿 N070 S20 M03；主轴启动

N071 G00 X19 Y59.035 Z0 ；快速移动到上方 N072 G91 G42 Z-53；往下钻孔 N073 X-9.5 N074 Y48.07 N075 X24 N076 Y-48.07 N077 X-24;加工方孔

N078 G90 G00 X0 Y0 M05；返回到零点，主轴停 N079 G49 Z0；取消长度补偿 N080 M02 ；程序结束

到此，型腔推杆固定上半部分加工完毕，只要反板调换前后位置再用此程序加工 ，即可完成整个零件的加工。

图12-1 待加工零件图

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致射

本次设计的注射模具一般用来生产塑件的外表面不允许留下印痕的订书机外壳，该设计的模具结构简单，只是在抽芯机构上有些烦琐，用到了两种侧抽芯机构；一种是弯销侧抽芯机构，另一种是带镶块的侧抽芯机构。这样做的理由是减少了模具的体积，从而也减少了模具的成本；保证了经济性。本次设计采用了潜伏式浇口，使得塑件的表面光滑平整，并且简化了模具，型芯、型腔和其它机构的设计。

通过本次毕业设计，对我在大学阶段所学习的模具设计方面的知识做了一个很好的总结和巩固，也对平时所学习的比较零散的知识做到了系统化的运用。也发现了自己在学科内的某些方面知识的欠缺，做到了很好的复习和理解。

设计中用到了大量专业知识，例如机械设计.工程制图、聚合物材料、塑料成型机械.塑料成型模具、材料力学、公差与配合等学科。通过在设计中查阅和复习其相关知识，对部分已生疏的学科又重新做了认识，且在以前学习的基础上更加深了理解，同时也把书本上学到的知识用到了实际设计中，将单一的学科和其他配套学科融合在一起，学会了综合考虑问题，比如在设计抽芯结构时，既要考虑到它能顺利抽出，又要考虑它们是否干涉。在设计中还用到了一些计算机辅助设计软件，更是受益匪浅，例如在设计中大量用到Auto CAD 来进行平面制图，使得在设计中对于零件的平面投影以及尺寸可以很至关且很精确的表达。塑料制品及模具设计是一个非常复杂的过程，传统的模具设计方法已经很难满足发展的需要，因此，注射模CAD技术在塑料模具的设计过程中的地位越来越重要。在设计中使用了Pro/E进行建立数据模型，可以展现塑件和模具的立体情况。

通过本次设计，对模具的设计和加工有了一个比较系统、全面的认识和了解，同时也遇到了很多问题，但在老师的热心指导下，终于完成了设计，在此对给予帮助的老师、同学们表示真挚的感谢。